大地測量學(xué)基礎(chǔ)：第五章 大地測量基本技術(shù)與方法

1、Fundation of Geodesy1第五章 大地測量基本技術(shù)與方法Fundation of Geodesy25.1.1 建立國家平面大地控制網(wǎng)的方法1、常規(guī)大地測量法 三角測量法 1)網(wǎng)形 5.1 國家平面大地控制網(wǎng)Fundation of Geodesy3 國家平面大地控制網(wǎng)2)坐標計算原理: 正弦定理3)三角網(wǎng)的元素: 起算元素：已知的坐標、邊長和已知的方位角. 觀測元素：三角網(wǎng)中觀測的所有方向(或角度)。 推算元素：由起算元素和觀測元素的平差值推算的三角網(wǎng)中其他邊長、坐標方位角和各點的坐標。 優(yōu)點：圖形簡單，結(jié)構(gòu)強，幾何條件多，便于檢核，網(wǎng)的精度較高。 缺點：易受障礙物的影響，布設(shè)

2、困難，增加了建標費用；推算邊長精度不均勻，距起始邊越遠邊長精度越低。 Fundation of Geodesy4 國家平面大地控制網(wǎng)導(dǎo)線測量法: 優(yōu)點：布設(shè)靈活，容易克服地形障礙；導(dǎo)線測量只要求相鄰兩點通視，故可降低覘標高度，造標費用少，且便于組織觀測；網(wǎng)內(nèi)邊長直接測量，邊長精度均勻。 缺點：導(dǎo)線結(jié)構(gòu)簡單，沒有三角網(wǎng)那樣多的檢核條件，不易發(fā)現(xiàn)粗差，可靠性不高。 Fundation of Geodesy5 三邊測量及邊角同測法 邊角全測網(wǎng)的精度最高，相應(yīng)工作量也較大。在建立高精度的專用控制網(wǎng)(如精密的形變監(jiān)測網(wǎng))或不能選擇良好布設(shè)圖形的地區(qū)可采用此法而獲得較高的精度。 國家平面大地控制網(wǎng)Fund

3、ation of Geodesy6 國家平面大地控制網(wǎng)2、天文測量法 天文測量法是在地面點上架設(shè)儀器，通過觀測天體(主要是恒星)并記錄觀測瞬間的時刻，來確定地面點的地理位置，即天文經(jīng)度、天文緯度和該點至另一點的天文方位角。 優(yōu)點：各點彼此獨立觀測，也勿需點間通視，測量誤差不會積累。 缺點：精度不高，受天氣影響大。 用途：在每隔一定距離的三角點上觀測天文來推求大地方位角，控制水平角觀測誤差積累對推算方位角的影響。Fundation of Geodesy73、現(xiàn)代定位新技術(shù)簡介 GPS測量 全球定位系統(tǒng)GPS(Global Positioning System)可為各位用戶提供精密的三維坐標、三維

4、速度和時間信息。 GPS系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域相當廣泛，可以進行海、空和陸地的導(dǎo)航，導(dǎo)彈的制導(dǎo)，大地測量和工程測量的精密定位，時間的傳遞和速度的測量等。 國家平面大地控制網(wǎng)Fundation of Geodesy8 甚長基線干涉測量系統(tǒng)(VLBI) 甚長基線干涉測量系統(tǒng)(VLBI)是在甚長基線的兩端(相距幾千公里)，用射電望遠鏡，接收銀河系或銀河系以外的類星體發(fā)出的無線電輻射信號，通過信號對比，根據(jù)干涉原理，直接測定基線長度和方向的一種空間技術(shù)。 長度的相對精度10-6，可達0.001，由于其定位的精度高，在研究地球的極移、地球自轉(zhuǎn)速率的短周期變化、地球固體潮、大地板塊運動的相對速率和方向中得到廣泛的

5、應(yīng)用。 國家平面大地控制網(wǎng)Fundation of Geodesy9 慣性測量系統(tǒng)(INS) 慣性測量是利用慣性力學(xué)基本原理，在相距較遠的兩點之間，對裝有慣性測量系統(tǒng)的運動載體(汽車或直升飛機)從一個已知點到另一個待定點的加速度，分別沿三個正交的坐標軸方向進行兩次積分，從而求定其運動載體在三個坐標軸方向的坐標增量，進而求出待定點的位置，它屬于相對定位，其相對精度為(12)10-5，測定的平面位置中誤差為25cm左右。 優(yōu)點：完全自主式，點間也不要求通視；全天候，只取決于汽車能否開動、飛機能否飛行。 缺點：相對測量，精度不高。 國家平面大地控制網(wǎng)Fundation of Geodesy10 國家

6、平面大地控制網(wǎng)5.1.2 建立國家平面大地控制網(wǎng)的基本原則大地控制網(wǎng)應(yīng)分級布設(shè)、逐級控制大地控制網(wǎng)應(yīng)有足夠的精度 大地控制網(wǎng)應(yīng)有一定的密度 大地控制網(wǎng)應(yīng)有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)格和要求 Fundation of Geodesy11 5.1.3 國家平面大地控制網(wǎng)的布設(shè)方案1、 常規(guī)大地測量方法布設(shè)國家三角網(wǎng) 1）一等三角鎖系布設(shè)方案 國家平面大地控制網(wǎng)Fundation of Geodesy122）二等三角鎖、網(wǎng)布設(shè)方案 國家平面大地控制網(wǎng)Fundation of Geodesy13 國家平面大地控制網(wǎng)插網(wǎng)法3）三、四等三角網(wǎng)Fundation of Geodesy14 國家平面大地控制網(wǎng)插點法Fund

7、ation of Geodesy15 國家平面大地控制網(wǎng)4）我國天文大地網(wǎng)基本情況簡介 20世紀50年代初，60年代末基本完成，先后共布設(shè)一等三角鎖401條，一等三角點6 182個，構(gòu)成121個一等鎖環(huán)，鎖系長達7.3萬km。一等導(dǎo)線點312個，構(gòu)成10個導(dǎo)線環(huán)，總長約1萬km。 1982年完成天文大地網(wǎng)的整體平差工作。網(wǎng)中包括一等三角鎖系，二等三角網(wǎng)，部分三等網(wǎng)，總共約有5萬個大地控制點，30萬個觀測量的天文大地網(wǎng)。平差結(jié)果：網(wǎng)中離大地點最遠點的點位中誤差為0.9m，一等觀測方向中誤差為0.46。 Fundation of Geodesy16 國家平面大地控制網(wǎng)2、現(xiàn)代技術(shù)建立國家大地測量控

8、制網(wǎng) 一般可把GPS網(wǎng)分為兩大類：一類是全球或全國性的高精度的GPS網(wǎng)(A、B級網(wǎng)），另一類是區(qū)域性的GPS網(wǎng)（C、D、E級網(wǎng)）。 1）EPOCH 92中國GPS大會戰(zhàn) 全網(wǎng)由27個點組成，平均邊長800km，使用4臺MINI-MAC2816、13臺Trimble 4000 SST和17臺Ashtech MDX C/A雙頻接收機觀測，平差后在ITRF 91地心參考框架中的定位精度優(yōu)于0.1m ，基線相對精度達到10-8。Fundation of Geodesy17 國家平面大地控制網(wǎng)2） 96 GPS A級網(wǎng) 96 GPS A級網(wǎng)共包括33個主站，23個副站，與92 GPS A級網(wǎng)點重合21個

9、。96 GPS A級網(wǎng)觀測時共使用了53臺雙頻GPS接收機，其中14臺Astech MD12，17臺Trimble 4000 SSE,8臺Leica 200,6臺Rogue 8000,8臺Astech Z12。經(jīng)數(shù)據(jù)精處理后基線分量重復(fù)性水平方向優(yōu)于4mm+3ppm，垂直方向優(yōu)于8mm+4ppm，地心坐標分量重復(fù)性優(yōu)于2cm。全網(wǎng)整體平差后，在ITRF93參考框架中的地心坐標精度優(yōu)于10cm,基線相對精度達到10-8. Fundation of Geodesy18 國家平面大地控制網(wǎng)3）國家高精度GPS B級網(wǎng) 全網(wǎng)由818個點組成，分布全國各地(除臺灣省外)。東部點位較密，平均站間5070k

10、m,中部地區(qū)平均站間100km，西部地區(qū)平均站間距150km。外業(yè)自1991年至1995年結(jié)束，主要使用Ashtech MD 12和Trimble 4000 SSE儀器觀測。經(jīng)數(shù)據(jù)精處理后，點位中誤差相對于已知點在水平方向優(yōu)于0.07m，高程方向優(yōu)于0.16m，平均點位中誤差水平方向為0.02m，垂直方向為0.04m，基線相對精度達到10-7。 Fundation of Geodesy19 國家平面大地控制網(wǎng)4）全國GPS一、二級網(wǎng) 軍測部門建立，一級網(wǎng)由40余點組成，相鄰點間距平均為683km。自1991年5月至1992年4月進行，使用10臺MINIMAC 2816接收機作業(yè)。網(wǎng)平差后點位中

11、誤差，絕大多數(shù)點在2cm以內(nèi)。二級網(wǎng)由500多個點組成，二級網(wǎng)是一級網(wǎng)的加密。5）中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò) 地震局、總參測繪局、科學(xué)院和國家測繪局聯(lián)合建立，主要是服務(wù)于中長期地震預(yù)報，兼顧大地測量的目的，該網(wǎng)絡(luò)是以GPS為主，以SLR和VLBI以及重力測量為輔，由三個層次的網(wǎng)絡(luò)組成，即25站連續(xù)運行的基準網(wǎng)、56站定期復(fù)測的基本網(wǎng)和1000站復(fù)測頻率低的區(qū)域網(wǎng)。 Fundation of Geodesy20 國家平面大地控制網(wǎng)3、 國家平面大地控制網(wǎng)的布設(shè) 包括以下工作：技術(shù)設(shè)計，實地選點，建造覘標，標石埋設(shè)，外業(yè)測量，平差計算等 1）技術(shù)設(shè)計 收集資料 實地踏勘 圖上設(shè)計 編寫技術(shù)設(shè)計書 2）實

12、地選點： 選點圖，點之記，選點工作技術(shù)總結(jié)。 Fundation of Geodesy21 國家平面大地控制網(wǎng)3）建造覘標(傳統(tǒng)大地測量法) 尋常標雙錐標Fundation of Geodesy22 國家平面大地控制網(wǎng)4）標石埋設(shè) 大地點的坐標，實際上指的就是標石中心的坐標。Fundation of Geodesy23大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計5.1.4 大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計簡介1、 概述 最優(yōu)化就是在相同的條件下從所有可能方案中選擇最佳的一個。2、控制網(wǎng)的設(shè)計目標 控制網(wǎng)設(shè)計的目標，指的是控制網(wǎng)應(yīng)達到的質(zhì)量標準，它是設(shè)計的依據(jù)和目的，同時又是評定網(wǎng)的質(zhì)量的指標。質(zhì)量標準包括精度標準、可靠性標準、費用標

13、準、可區(qū)分標準及靈敏度標準等，其中常用的主要是前3個標準。 Fundation of Geodesy241）精度標準:方差-協(xié)方差陣Dxx整體精度標準指標： N最優(yōu)，Dxx的范數(shù)Dxx= min A最優(yōu)，tr(Dxx)= =1+2+r= min D最優(yōu)，det(Dxx)= 12r min E最優(yōu)，max= min S最優(yōu)，max-min= min 局部精度指標：點位誤差橢圓，相對誤差橢圓，未知數(shù)某些函數(shù)的精度 大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計Fundation of Geodesy252）可靠性標準 網(wǎng)的可靠性，指控制網(wǎng)能夠發(fā)現(xiàn)觀測值中存在的粗差和抵抗殘存粗差對平差結(jié)果的影響的能力。 B為設(shè)計矩陣, 多余觀

14、測分量.內(nèi)部可靠性：在顯著水平 下，以檢驗功效 發(fā)現(xiàn)粗差的下界為外部可靠性： 不可發(fā)現(xiàn)的粗差對平差結(jié)果影響的大小。 大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計Fundation of Geodesy26其中： 為非中心化參數(shù)，3）費用標準 最大原則：在費用一定條件下，使控制網(wǎng)的精度和可靠性最大或者能滿足一定限制下使精度最高。 最小原則：在使精度和可靠性指標達到一定的條件下，使費用支出最小。 大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計Fundation of Geodesy27大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計3、 優(yōu)化設(shè)計的分類和方法1) 網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計可分為零、一、二、三類。 零類設(shè)計(基準設(shè)計)。固定參數(shù)是B和P，待求參數(shù)是X和Qxx。就是在控制網(wǎng)的網(wǎng)形

15、和觀測值的先驗精度已定的情況下，選擇合適的起始數(shù)據(jù)，使網(wǎng)的精度最高。 一類設(shè)計(圖形設(shè)計)。固定參數(shù)是P和Qxx，待定參數(shù)為B。就是在觀測值先驗精度和未知參數(shù)的準則矩陣已定的情況下，選擇最佳的點位布設(shè)和最合理的觀測值數(shù)目。通常，在傳統(tǒng)的大地網(wǎng)圖形設(shè)計中就是解決這個問題。 Fundation of Geodesy28大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計 二類設(shè)計(權(quán)設(shè)計): 固定參數(shù)是B，Qxx，待定參數(shù)P在控制網(wǎng)的網(wǎng)形和網(wǎng)的精度要求已定的情況下，進行觀測工作量的最佳分配(權(quán)分配)，決定各觀測值的精度 (權(quán))，使各種觀測手段得到合理組合。 三類設(shè)計(加密設(shè)計): 固定參數(shù)是Qxx和部分B，P，待定參數(shù)為部分B和P

16、，是對現(xiàn)有網(wǎng)和現(xiàn)有設(shè)計進行改進，引入附加點或附加觀測值，導(dǎo)致點位增刪或移動，觀測值的增刪或精度改變。 Fundation of Geodesy29大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計2）優(yōu)化設(shè)計的方法 1)、解析法：解析法具有計算機時較少，理論上較嚴密等優(yōu)點；但其數(shù)學(xué)模型難于構(gòu)造，具有最優(yōu)解有時不符合實際或可行性差。 2)、模擬法：模擬法是對經(jīng)驗設(shè)計的初步網(wǎng)形和觀測精度，模擬一組數(shù)據(jù)與觀測值輸入計算機，按間接(參數(shù))平差，組成誤差方程和法方程，求逆而得到未知參數(shù)的協(xié)因數(shù)陣(或方差協(xié)方差陣)，計算未知參數(shù)及其函數(shù)的精度，估算成本，或進一步計算可靠性等信息；與預(yù)定的精度、成本和可靠性要求等相比較；根據(jù)計算所提供的信

17、息和設(shè)計者的經(jīng)驗，對控制網(wǎng)的基準、網(wǎng)形、觀測精度等進行修正。 Fundation of Geodesy305.2 國家高程控制網(wǎng)建立的基本原理國家高程基準 高程基準面水準原點 1956年黃海高程系統(tǒng):水準原點高程為72.289m 1985國家高程基準:水準原點的高程為72.260米。 1987年經(jīng)國務(wù)院批準，于1988年1月正式啟用國家高程控制網(wǎng)Fundation of Geodesy315.2.1 國家高程控制網(wǎng)的布設(shè)原則 目的和任務(wù)有兩個： 1)建立統(tǒng)一的高程控制網(wǎng)，為地形測圖和各項建設(shè)提供必要的高程控制基礎(chǔ)； 2)為地殼垂直運動、平均海面傾斜及其變化和大地水準面形狀等地球科學(xué)研究提供精確

18、的高程數(shù)據(jù)。 從高到低、逐級控制 一等水準測量是國家高程控制網(wǎng)的骨干，同時也為相關(guān)地球科學(xué)研究提供高程數(shù)據(jù)；二等水準測量是國家高程控制網(wǎng)的全面基礎(chǔ)；三、四等水準測量是直接為地形測圖和其他工程建設(shè)提供高程控制點。 國家高程控制網(wǎng)Fundation of Geodesy32 水準點滿足一定的密度 水準標石類型 間距（km） 布設(shè)具體要求一般地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)荒漠地區(qū)基巖水準標石500只設(shè)于一等水準路線上，大城市和斷裂帶附近應(yīng)增設(shè)，基巖較深地區(qū)可適當放寬，每?。ㄊ?、自治區(qū)）至少兩座?；舅疁蕵耸?020-3060設(shè)于一二等水準路線上及交叉處，大、中城市兩側(cè)及縣城附近。盡量設(shè)置在堅固巖層上。普通水準標石

19、4-82-410設(shè)于各等級水準路線上，以及山區(qū)水準路線高程變換點附近，長度超過300米的遂道，跨河水準測量的兩岸標尺附近。國家高程控制網(wǎng)Fundation of Geodesy33水準測量達到足夠的精度 各等級水準測量的精度，是用每公里高差中數(shù)的偶然中誤差 和每公里高差中數(shù)的全中誤差來表示的。 一等水準網(wǎng)應(yīng)定期復(fù)測 水準測量等級一等二等三等四等M的限值0.45mm1.0mm3.0mm5.0mmMW的限值1.0mm2.0mm6.0mm10.0mmFundation of Geodesy34 5.2 國家水準網(wǎng)的布設(shè)方案及精度我國的水準測量分為四等，各等級水準測量路線必須自行閉合或閉合于高等級的水

20、準路線上，與其構(gòu)成環(huán)形或附合路線，以便控制水準測量系統(tǒng)誤差的積累和便于在高等級的水準環(huán)中布設(shè)低等級的水準路線。一等閉合環(huán)線周長，在平原和丘陵地區(qū)為1 0001 500km，一般山區(qū)為2 000km左右。二等閉合環(huán)線周長，在平原地區(qū)為500750km,山區(qū)一般不超過1 000km。三、四等水準用于加密，根據(jù)高等級水準環(huán)的大小和實際需要布設(shè)，其中環(huán)線周長、附合路線長度和結(jié)點間路線長度，三等水準分別為200km、150km和70km；四等分別為100km、80km和30km。 國家高程控制網(wǎng)Fundation of Geodesy35水準測量等級一等二等三等四等M的限值0.451.03.05.0mm

21、MW的限值1.02.06.010.0mm國家高程控制網(wǎng)每公里高差中數(shù)偶然中誤差：每公里高差中數(shù)的全中誤差：Fundation of Geodesy36國家高程控制網(wǎng)5.2.3 水準路線的設(shè)計、選點和埋石1、 技術(shù)設(shè)計 技術(shù)設(shè)計是根據(jù)任務(wù)要求和測區(qū)情況，在小比例尺地圖上，擬定最合理的水準網(wǎng)或水準路線的布設(shè)方案。 一等水準路線應(yīng)沿路面坡度平緩、交通不太繁忙的交通路線布設(shè)，二等水準路線盡量沿公路、大河及河流布設(shè)，沿線交通較為方便。 水準路線應(yīng)避開土質(zhì)松軟的地段和磁場甚強的地段，并應(yīng)盡量避免通過大的河流、湖泊、沼澤與峽谷等障礙物。Fundation of Geodesy372、 選 點 圖上設(shè)計完成后

22、，須進行實地選線，其目的在于使設(shè)計方案能符合實際情況，以確定切實可行的水準路線和水準點的具體位置。選定水準點時，必須能保證點位地基穩(wěn)定、安全僻靜，并利于標石長期保存與觀測使用。水準點應(yīng)盡可能選在路線附近的機關(guān)、學(xué)校、公園內(nèi)。不宜在易于淹沒和土質(zhì)松軟的地域埋設(shè)水準標石，也不宜在易受震動和地勢隱蔽而不易觀測的地方埋石。 水準點點位選定后，應(yīng)填繪點之記，繪制水準路線圖及結(jié)點接測圖。 國家高程控制網(wǎng)Fundation of Geodesy383 、埋 石 按用途區(qū)分，水準標石有基巖水準標石、基本水準標石和普通水準標石三種類型。 各類水準標石的制作材料和埋設(shè)規(guī)格及其埋設(shè)方法等，在國家一、二等水準測量規(guī)范

23、都有具體的規(guī)定和說明。 5.2.4 水準路線上的重力測量 因精密水準測量成果需進行重力異常改正，故在一、二等水準路線沿線要進行重力測量。國家高程控制網(wǎng)Fundation of Geodesy39規(guī)范規(guī)定： 高程大于4 000m或水準點間的平均高差為150250m的地區(qū)，一、二等水準路線上每個水準點均應(yīng)測定重力。高差大于250m的測段，在地面傾斜變化處應(yīng)加測重力。 高程在1 5004 000m或水準點間的平均高差為50150m的地區(qū)，一等水準路線上重力點間平均距離應(yīng)小于11km；二等水準路線上應(yīng)小于23km。 在我國西北、西南和東北邊境等有較大重力異常的地區(qū)，一等水準路線上每個水準點均應(yīng)測定重力

24、。 在由青島水準原點至國家大地原點的一等水準路線上，應(yīng)逐點測定重力，以便精確求得大地原點的正常高。 國家高程控制網(wǎng)Fundation of Geodesy40 5.2.5 我國國家水準網(wǎng)的布設(shè)概況 我國國家水準網(wǎng)的布設(shè)，按照布測目的、完成年代、采用技術(shù)標準和高程基準等，基本上可分為三期： 第一期主要是1976年以前完成的，以1956年黃海高程基準起算的各等級水準網(wǎng)； 第二期主要是1976年至1990年完成的，以“1985國家高程基準”起算的國家一、二等水準網(wǎng)； 第三期是1990年以后進行的國家一等水準網(wǎng)的復(fù)測和局部地區(qū)二等水準網(wǎng)的復(fù)測，現(xiàn)已完成外業(yè)觀測和內(nèi)業(yè)平差計算工作，成果已提供使用。 國家

25、高程控制網(wǎng)Fundation of Geodesy41工程測量控制網(wǎng) 5.3.1 工程測量控制網(wǎng)的分類測圖控制網(wǎng) 施工控制網(wǎng) 變形觀測專用控制網(wǎng) 5.3.2 工程平面控制網(wǎng)的布設(shè)原則 分級布網(wǎng)，逐級控制 要有足夠的精度 要有足夠的密度 要有統(tǒng)一的規(guī)格 Fundation of Geodesy42城市或工程GPS網(wǎng)的主要技術(shù)要求(注：當邊長小于200m時，邊長中誤差應(yīng)小于20mm。) 等級平均距離（km）a(mm)B(ppm)最弱邊相對中誤差二等91021/120000三等51051/80000四等210101/45000一級110101/20000二級115201/10000工程測量控制網(wǎng) F

26、undation of Geodesy43 以城市測量規(guī)范為例，它對控制網(wǎng)測設(shè)的主要技術(shù)要求都有具體的規(guī)定，其中電磁波測距導(dǎo)線的主要技術(shù)要求為：等級閉合環(huán)或附合導(dǎo)線長度(km) 平均邊長(m)測距中誤差(mm)測角中誤差()導(dǎo)線全長相對閉合差差三等153000181.51/60000四等101600182.51/40000一級3.63001551/14000二級2.42001581/10000三級1.512015121/6000工程測量控制網(wǎng) Fundation of Geodesy44工測控制網(wǎng)同相應(yīng)等級的國家網(wǎng)比較，平均邊長顯著地縮短。布設(shè)工測控制網(wǎng)時，應(yīng)盡量與國家控制網(wǎng)聯(lián)測。這樣可使工測

27、控制網(wǎng)納入到國家坐標系中，以便于各有關(guān)部門互相利用資料，而不造成重復(fù)測量和浪費。在布設(shè)專用控制網(wǎng)時，則要根據(jù)專用控制網(wǎng)的特殊用途和要求進行控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計。 工程測量控制網(wǎng) Fundation of Geodesy451、 水準測量建立工程高程控制網(wǎng) 水準測量是建立工程高程控制網(wǎng)的主要方法。城市和工程建設(shè)的水準測量的實施，和國家等級水準測量相似，其主要步驟一般是：水準網(wǎng)圖上設(shè)計、選點、標石埋設(shè)、外業(yè)觀測、平差計算和成果表的編制等內(nèi)容。 2 、三角高程測量建立工程高程控制網(wǎng) 高程導(dǎo)線各邊的高差測定宜采用對向觀測。需檢查如下限差： 由兩個單方向算得的高程不符值； 由對向觀測所求得的高差較差； 由對

28、向觀測所求得的高差中數(shù)，計算閉合環(huán)線或附合路線的高程閉合差。 工程測量控制網(wǎng) Fundation of Geodesy465.6 精密角度測量方法 精密角度測量儀器介紹： 1.精密光學(xué)經(jīng)緯儀的主要特點 角度標準設(shè)備度盤及其讀數(shù)系統(tǒng)由光學(xué)玻璃組成，水平度盤和垂直度盤有讀數(shù)顯微鏡和光學(xué)測微器，并實現(xiàn)雙面(對徑)讀數(shù)。目標照準設(shè)備望遠鏡均為消色差的或經(jīng)過消色差校正。一般給出目標的倒像，但現(xiàn)代望遠鏡大多數(shù)給出目標的正像；一般制動及微動螺旋分離設(shè)置。設(shè)有強制歸心機構(gòu)，精密光學(xué)對點器，經(jīng)緯儀有垂直度盤指標自動歸零補償器，從而提高了儀器精度和測量效率。經(jīng)緯儀由優(yōu)質(zhì)有機材料和合金制造。Fundation of

29、 Geodesy471垂直水準器觀測棱鏡；2垂直度盤照明反光鏡；3望遠鏡調(diào)焦螺旋；4十字絲校正螺旋；5垂直度盤水準器微動螺旋；6望遠鏡目鏡；7照準部制動螺旋；8儀器裝箱扣壓垛；9水平度盤照明反光鏡；10望遠鏡制動螺旋；11十字絲照明轉(zhuǎn)輪；12測微螺旋；13換像螺旋；14望遠鏡微動螺旋；15照準部水準器；16測微器讀數(shù)目鏡；17照準部微動螺旋；18水平度盤變位螺旋的護蓋；19腳螺旋調(diào)節(jié)螺絲；20腳螺旋；21基座底板 Fundation of Geodesy482.精密電子經(jīng)緯儀的主要特點 1)角度標準設(shè)備：采用編碼度盤及編碼測微器的絕對式采用光柵度盤并利用莫爾干涉條紋測量技術(shù)的增量式。2)微處理

30、器，主要功能： 控制和檢核各種測量程序；實現(xiàn)電子測角，并計算豎軸傾斜引起的水平角及豎直角的改正。實現(xiàn)電子測距和計算，對所測距離進行地球曲率和氣象改正，并進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理如水平距離、高差及坐標增量的計算等。將觀測值及計算結(jié)果顯示在顯示器上或自動記錄在電子手簿上或存儲器內(nèi)。 Fundation of Geodesy49Fundation of Geodesy503) 豎軸傾斜自動測量和改正系統(tǒng)是供儀器自動整平及整平剩余誤差對水平盤讀數(shù)和豎盤讀數(shù)的自動改正。4)現(xiàn)代電子經(jīng)緯儀具有自動觀測功能(帶有馬達伺服裝置和CCD攝像鏡頭，能夠自動搜索目標、精密照準、按程序進行測量和記錄)。Fundation

31、of Geodesy515.6.1 精密測角的誤差來源及影響1、外界條件的影響 大氣層密度的變化對目標成像穩(wěn)定性的影響早晨太陽升起時，目標成像也僅有輕微的波動； 日出以后，有一段時間，大約13h，成像較穩(wěn)定；1215 h，成像波動較大；日落前有一段成像穩(wěn)定而有利于觀測的時間；夜間大氣層一般是平衡的。 Fundation of Geodesy52水平折光的影響 光線通過密度不均勻的空氣介質(zhì)時，經(jīng)過連續(xù)折射后形成一條曲線，并向密度大的一方彎曲，當來自目標B的光線進入望遠鏡時，望遠鏡所照準的方向為這條曲線在望遠鏡A處的切線方向，弦線與切線交角，稱為微分折光。微分折光可以分解為縱向和水平兩個分量，由于

32、大氣溫度的梯度主要發(fā)生在垂直面內(nèi)，所以微分折光的縱向分量是微分折光的主要部分。微分折光的水平分量影響著視線的水平方向。 Fundation of Geodesy53照準目標的相位差 Fundation of Geodesy54溫度變化對視準軸的影響 假定在一個測回的短時間觀測過程中，空氣溫度的變化與時間成比例，那么可以采用按時間對稱排列的觀測程序來削弱這種誤差對觀測結(jié)果的影響。 外界條件對覘標內(nèi)架穩(wěn)定性的影響 假定在一測回的觀測過程中，覘標內(nèi)架或三腳架的扭轉(zhuǎn)是勻速發(fā)生的，因此采用按時間對稱排列的觀測程序也可以減弱這種誤差對水平角的影響。 Fundation of Geodesy552.儀器誤差

33、的影響水平度盤位移的影響 照準部旋轉(zhuǎn)不正確的影響 照準部水平微動螺旋作用不正確的影響 垂直微動螺旋作用不正確的影響 3.照準和讀數(shù)誤差的影響 照準誤差受外界因素的影響較大,與照準目標的形狀和清晰度密切相關(guān)。 Fundation of Geodesy565.6.2 精密測角的一般原則 觀測應(yīng)在目標成像清晰、穩(wěn)定的有利于觀測的時間進行，以提高照準精度和減小旁折光的影響。 觀測前應(yīng)認真調(diào)好焦距，消除視差。在一測回的觀測過程中不得重新調(diào)焦，以免引起視準軸的變動。 各測回的起始方向應(yīng)均勻地分配在水平度盤和測微分劃尺的不同位置上，以消除或減弱度盤分劃線和測微分劃尺的分劃誤差的影響。 在上、下半測回之間倒轉(zhuǎn)

34、望遠鏡，以消除和減弱視準軸誤差、水平軸傾斜誤差等影響，同時可以由盤左、盤右讀數(shù)之差求得兩倍視準誤差2 c ，借以檢核觀測質(zhì)量。Fundation of Geodesy57 上、下半測回照準目標的次序應(yīng)相反，并使觀測每一目標的操作時間大致相同，即在一測回的觀測過程中，應(yīng)按與時間對稱排列的觀測程序，其目的在于消除或減弱與時間成比例均勻變化的誤差影響，如覘標內(nèi)架或三腳架的扭轉(zhuǎn)等。 為了克服或減弱在操作儀器的過程中帶動水平度盤位移的誤差，要求每半測回開始觀測前，照準部按規(guī)定的轉(zhuǎn)動方向先預(yù)轉(zhuǎn)12周。 使用照準部微動螺旋和測微螺旋時，其最后旋轉(zhuǎn)方向均應(yīng)為旋進。 為了減弱垂直軸傾斜誤差的影響，觀測過程中應(yīng)保

35、持照準部水準器氣泡居中。 Fundation of Geodesy585.7 精密的電磁波測距方法 本節(jié)的主要內(nèi)容: 1) 了解相位法與脈沖法測距的基本原理 2) 了解測距儀采用間接測尺頻率測距的基本原理 3) 掌握儀器檢驗的幾種方法以及相關(guān)計算 4) 熟練掌握測距成果的歸算 5) 掌握測距誤差來源以及精度估算方法與基本思想 1 電磁波測距儀的分類 按載波和光源來分:光電測距儀(光波為載波) 微波測距儀(無線電波為載波) Fundation of Geodesy59 電磁波測距儀的分類和分級測距原理：相位式測距儀（固定頻率、可變頻率）、脈沖式測距儀測程：長(十10km以上)、中(數(shù)公里至10k

36、m)、短(3km)載波源：紅外、激光、微波載波數(shù)：單頻、雙頻反射目標：合作目標、漫反射目標精度：高精度、一般精度、低精度 重要指標：精度、測程 Fundation of Geodesy605.7.1 電磁波測距基本原理 1.電磁波測距基本原理公式 2.相位式測距原理公式 Fundation of Geodesy615.7.2 N值解算的一般原理 1.可變頻率法 Fundation of Geodesy622.固定頻率法 為解決擴大測程和提高精度的矛盾，既得到距離的單值解，同時具有高精度和遠測程，相位式測距儀一般采用一組測尺共同測距，即用精測頻率測定余長以保證精度，設(shè)置多級頻率(粗測頻率)來解算

37、 N (通常稱為多級固定頻率測距儀)而保證測程，從而解決“多值性”問題。 測尺頻率15MHz1.5MHz150kHz15kHz1.5kHz測尺長度精 度10m1cm100m10cm1km1m10km10m100km100mFundation of Geodesy635.7.3 距離觀測值的改正 1.氣象改正 Dn 這是電磁波測距的重要改正，因為電磁波在大氣中傳輸時受氣象條件的影響很大。此項改正的實質(zhì)是大氣折射率對距離的改正。因折射率與氣壓、氣溫、濕度有關(guān)，因此習(xí)慣上我們稱為氣象改正。 測距儀的調(diào)制頻率是根據(jù)測距儀選定的參考大氣條件設(shè)計的，設(shè)與參考大氣條件相應(yīng)的折射率為，故儀器測算出來的距離為：

38、實際距離為： Fundation of Geodesy64單一波長的光，巴雷爾-西爾色散公式：A=2 876.0410;B=16.28810；C=0.13610;n為在溫度0，氣壓760 mmHg，濕度0%，含0.03%CO的標準大氣壓條件下的折射率。 Fundation of Geodesy65群折射率為一般大氣條件下光的折射率例如 DI20 測距儀的紅外波長=0.835m，參考大氣條件15oC,760mmHg: Fundation of Geodesy662.儀器加常數(shù)改正和乘常數(shù)改正1)儀器加常數(shù)改正 因測距儀、反光鏡的安置中心與測距中心不一致而產(chǎn)生的距離改正，稱儀器加常數(shù)改正,包括測距

39、儀加常數(shù)和反光鏡加常數(shù)。在測距儀的調(diào)試時，常通過電子線路補償，使其為0，但實際上不可能嚴格為零，即存在剩余值，故有時又稱為剩余加常數(shù)。當多次或用多種方法測定并確認儀器存在明顯的加常數(shù)時，應(yīng)在測距成果中加入儀器加常數(shù)改正： Fundation of Geodesy672)乘常數(shù)改正 因測距儀的基準頻率等因素產(chǎn)生的尺度參數(shù)成為乘常數(shù)。 設(shè) 為標準頻率，假定無誤差, 為實際工作頻率,令頻率偏差 Fundation of Geodesy683)六段法測定儀器加常數(shù)的基本原理 Fundation of Geodesy69 為提高測距精度，應(yīng)增加多余觀測，故采用全組合觀測法，共測21個距離值。在六段法中，

40、點號一般取為0、1、2、3、4、5、6，則須測定如下距離： Fundation of Geodesy703.波道曲率改正 電磁波在近距離上的傳播可看成是直線，但當距離較遠時，因受大氣垂直折射的影響，就不是一條直線，而是一條半徑為的弧線，實際測得的距離就是弧線D，我們把弧長D化為弦長D的改正稱為第一速度改正。實際測距時，一般只是在測線兩端測定氣象元素，由此求出測線兩端折射率的平均值，代替嚴格意義下的測線折射率的積分平均值。這種以測線兩端點的折射率代替測線折射率而產(chǎn)生的改正，叫第二速度改正。 Fundation of Geodesy714.歸心改正5.周期誤差改正 Fundation of Geo

41、desy725.7.4 測距的誤差來源和精度表達式 1.測距的主要誤差來源 2.測距的精度表達式 m=a+bD Fundation of Geodesy735.8 精密水準測量的方法 精密水準儀和水準尺 氣泡式的精密水準儀、自動安平的精密水準儀、數(shù)字水準儀以及相應(yīng)的因瓦合金水準尺1、WildN3精密水準儀簡介： 望遠鏡物鏡的有效孔徑為50mm，放大倍率為40倍，管狀水準器格值為10/2mm。N3精密水準儀與分格值為10mm的精密因瓦水準標尺配套使用，標尺的基輔差為301.55cm。在望遠鏡目鏡的左邊上下有兩個小目鏡，它們是符合氣泡觀察目鏡和測微器讀數(shù)目鏡 Fundation of Geodes

42、y741、WildN3精密水準儀簡介(續(xù))1望遠鏡目鏡2水準氣泡反光鏡3傾斜螺旋4調(diào)焦螺旋5平行玻璃板測微螺旋6平行玻璃板旋轉(zhuǎn)軸7水平微動螺旋8水平制動螺旋9腳螺旋10腳架主要特征：傾斜螺旋，平行玻璃板測微器Fundation of Geodesy751、WildN3精密水準儀簡介(續(xù))轉(zhuǎn)動傾斜螺旋，使符合氣泡觀察目鏡的水準氣泡兩端符合，則視線精確水平，此時可轉(zhuǎn)動測微螺旋使望遠鏡目鏡中看到的楔形絲夾準水準標尺上的148分劃線，也就是使148分劃線平分楔角，再在測微器目鏡中讀出測微器讀數(shù)653(即6.53mm)，故水平視線在水準標尺上的全部讀數(shù)為148.653cm。Fundation of Ge

43、odesy762.自動安平水準儀簡介1測微器2圓水準器3腳螺旋；4保護玻璃5調(diào)焦螺旋6制動扳把7微動螺旋8望遠鏡目鏡9水平度盤讀數(shù)目鏡主要特征：光學(xué)補償器自動安平 Koni007 Fundation of Geodesy772.自動安平水準儀簡介(續(xù))光學(xué)補償器光學(xué)補償器6是一塊等腰直角棱鏡，用彈性薄簧片懸掛形成重力擺，以擺軸為中心可以自由擺動，在重力作用下，最后靜止在與重力方向一致的位置上 Fundation of Geodesy78光學(xué)補償器的原理當儀器整平時，補償棱鏡在位置，使來自水平方向的光線A轉(zhuǎn)向180，最后進入十字絲分劃板橫絲，此時補償棱鏡僅起轉(zhuǎn)向作用，不起補償作用。當儀器向前傾，

44、即望遠鏡物鏡端向下傾斜一個小角度時，望遠鏡目鏡隨同十字分劃板向上位移a，此時，補償棱鏡產(chǎn)生與視準軸傾斜相反的方向擺動，在重力的作用下最后靜止在位置。 當補償棱鏡擺動最后靜止在位置時，將來自水平的光線A，經(jīng)180轉(zhuǎn)向后平移了距離a，再經(jīng)過轉(zhuǎn)向和成像的倒置而正確地進入儀器傾斜后的十字絲分劃板橫絲處，從而達到了補償?shù)哪康摹?2.自動安平水準儀簡介(續(xù))Fundation of Geodesy79精密水準尺 精密水準尺的分劃印刷在因瓦合金鋼帶上，由于這種合金的溫度膨脹系數(shù)很小，長度準確而穩(wěn)定。因瓦合金鋼帶不受木質(zhì)尺身伸縮的影響，以一定的拉力將其引張在木質(zhì)尺身的凹槽內(nèi)。水準尺的分劃為線條式，水準尺的分劃

45、值有10mm和5mm兩種，與所用水準儀的測微器相配合。 Fundation of Geodesy8010mm分劃的精密水準尺如圖(a) 兩排分劃，右邊注記為0300cm，稱為基本分劃；左邊注記為300600cm，稱為輔助分劃?；痉謩澟c輔助分劃相差一個常數(shù)301.55cm，稱為基輔差，又稱尺常數(shù)。 5mm分劃的精密水準尺如圖(b) 兩排分劃，錯開5mm。左邊是單數(shù)分劃，右邊是雙數(shù)分劃，右邊注記是米數(shù)，左邊注記是分米數(shù)，分劃注記恒比實際數(shù)值大了一倍，讀數(shù)應(yīng)除以2才為實際的高度。 Fundation of Geodesy813.電子數(shù)字水準儀簡介主要特征：由傳感器識別條形碼水準標尺上的條形碼分劃，

46、經(jīng)信息轉(zhuǎn)換處理獲取觀測值，并以數(shù)字形式顯示或存儲在計算機內(nèi)。Fundation of Geodesy82 觀測時，經(jīng)自動調(diào)焦和自動置平后，水準標尺條形碼分劃影像射到分光鏡上，并將其分為兩部分：其一是可見光，通過十字絲和目鏡，供照準用；其二是紅外光射向探測器，它將望遠鏡接收到的光圖像信息轉(zhuǎn)換成電影像信號，并傳輸給信息處理機，與機內(nèi)原有的關(guān)于水準標尺的條形碼本源信息進行相關(guān)處理，從而得出水準標尺上水平視線的讀數(shù)。 3.電子數(shù)字水準儀簡介(續(xù))Fundation of Geodesy83精密水準儀的主要特點 高質(zhì)量的望遠鏡光學(xué)系統(tǒng) 堅固穩(wěn)定的儀器結(jié)構(gòu) 高精度的測微器裝置 高靈敏的管水準器 高性能的補償器裝置 4.精密水準儀和水準尺的主要特點Fundation of Geodesy84精密水準尺的主要特點 當空氣的溫度和濕度發(fā)生變化時，水準標尺分劃間的長度必須保持穩(wěn)定； 水準標尺的分劃必須十分正確與精密，分劃的偶然誤差和系統(tǒng)誤差都應(yīng)很小； 水準標尺在構(gòu)造上應(yīng)保證全長筆直，并且尺身不易發(fā)生長度和彎扭等變形 ； 在精密水準標尺的尺身上應(yīng)附有圓水準器裝置，作業(yè)時扶尺者借以使水準標尺保持在垂直位置；4.精密水準儀和水準尺的主要特點(續(xù))Fundation of Geodesy855.8.1 精密水準測量的誤差來源及影響 1